(57)【要約】【課題】従来、燃料電池の活性化処理の終点を特定する方法が無く、作業者の主観や経験によって終点検出するか、または夜間運転することで十分活性化されたとしており、確実に活性化が終了しているという信頼性に乏しいため、必要以上に長時間の活性化処理を実施せねばならず、生産性を著しく低下していた。【解決手段】活性化処理時に計測される燃料電池セルの電圧が一定値に収束する点を検出するために、セル電圧測定値の振動による影響を、一定時間での移動平均、回帰直線、或いは最大値と最小値の差を算出することにより除去することで電圧の収束点を検出することにより、燃料電池の活性化処理の終点を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を含む酸化剤をカソードに供給し、水素を含む燃料ガスをアノードに供給して発電する燃料電池の活性化方法であって、活性化処理時のセル電圧測定値の振動を除去し、前記セル電圧変化量が基準値以下になった時点で当該燃料電池が活性化された判断し前記活性化処理を終了すること
を特徴とする燃料電池の活性化方法。
【請求項２】
現時刻から一定時間の前までの活性化処理時の電圧について移動平均を算出し、前記移動平均をその時刻でのセル電圧とすることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の活性化方法。
【請求項３】
現時刻から一定時間の前までの活性化処理時の電圧について回帰直線を算出し、前記回帰直線の傾きを、前記セル電圧変化量とすることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の活性化方法。
【請求項４】
現時刻から一定時間の前までの前記移動平均に対し回帰直線を算出し、前記回帰直線の傾きを、前記セル電圧変化量とすることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の活性化方法。
【請求項５】
現時刻から一定時間の前までの活性化処理時のセル電圧について最大値と最小値の差を算出し、前記最大値と前記最小値との差を前記セル電圧変化量とすることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の活性化方法。
【請求項６】
現時刻から一定時間の前までの前記移動平均に対し最大値と最小値の差を算出し、前記最大値と前記最小値との差を、前記セル電圧変化量とすることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の活性化方法。
【請求項７】
燃料電池セルを積層した燃料電池スタックにおいて、すべてのセルの電圧測定値の変化量が基準値以下になった時点で、当該燃料電池スタックが活性化されたと判断して前記活性化処理を終了することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の燃料電池の活性化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の活性化処理の終了を検知することが可能な燃料電池の活性化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体高分子型の燃料電池の構成は、固体電解質膜の両面に触媒層を塗布した電極シートを１枚単位に裁断し、その電極シートの両面からＧＤＬ（Ｇａｓ  Ｄｉｆｕｓｉｏｎ  ＬａｙｅＲ）と呼ばれるガス拡散材を貼り付けたＭＥＡ（ＭｅｍｂＲａｎｅ  ＥｌｅＣｔＲｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）呼ばれる積層膜を、ガスを供給する為のセパレータにより挟み込んだセルを多数積層したスタックが基本となっている。
【０００３】
この燃料電池を安定的に発電させるためには、当該電池の活性化処理が必要となり、その活性化処理は、燃料電池に加湿ガスを導入した状態で電解処理を行い膜を迅速に含水させる方法（特許文献１参照）や、高分子膜を純水中で煮沸する、または、ガス供給ラインに高温の純水を供給する方法（特許文献２参照）により、短時間で実施することが可能となっている。
【特許文献１】特許第３３５８２２２号公報
【特許文献２】特開２０００−３７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の方法では燃料電池の活性化処理の終点を特定する方法が開示されておらず、作業者の主観や経験によって終点検出するか、または夜間運転することで十分活性化されたとしており、確実に活性化が終了しているという信頼性に乏しいため、必要以上に長時間の活性化処理を実施せねばならず、生産性を著しく低下していた。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、燃料電池セルの電圧値にデータ解析処理を加えることにより、この燃料電池セルの電圧振動の影響を受けず、活性化処理の終点を検出することが可能な、燃料電池の活性化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池の活性化方法は、酸素を含む酸化剤をカソードに供給し、水素を含む燃料ガスをアノードに供給して発電する燃料電池の活性化方法であって、活性化処理時のセル電圧測定値の振動を除去し、前記セル電圧変化量が基準値以下になった時点で当該燃料電池が活性化された判断し前記活性化処理を終了することを特徴とする。
【０００７】
このとき、現時刻から一定時間の前までの活性化処理時の電圧について移動平均を算出し、前記移動平均をその時刻でのセル電圧とすると好適である。
【０００８】
また、上記燃料電池の活性化方法において、現時刻から一定時間の前までの活性化処理時の電圧について回帰直線を算出し、前記回帰直線の傾きを、前記セル電圧変化量とすると好適である。
【０００９】
また、上記燃料電池の活性化方法において、現時刻から一定時間の前までの前記移動平均に対し回帰直線を算出し、前記回帰直線の傾きを、前記セル電圧変化量とすると好適である。
【００１０】
また、上記燃料電池の活性化方法において、現時刻から一定時間の前までの活性化処理時のセル電圧について最大値と最小値の差を算出し、前記最大値と前記最小値との差を前記セル電圧変化量とすると好適である。
【００１１】
また、上記燃料電池の活性化方法において、現時刻から一定時間の前までの前記移動平均に対し最大値と最小値の差を算出し、前記最大値と前記最小値との差を、前記セル電圧変化量とすると好適である。
【００１２】
更に、上記６つの何れかの燃料電池の活性化方法において、燃料電池セルを積層した燃料電池スタックにおいて、すべてのセルの電圧測定値の変化量が基準値以下になった時点で、当該燃料電池スタックが活性化されたと判断して前記活性化処理を終了すると好適である。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明の燃料電池活性化方法によれば、主観や経験に依存せず必要以上に、活性化処理時間をかけることが不要となり、生産性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
固体電解質型燃料電池を構成するセルは、基本的には電解質膜とその両側に配置した電極で構成される。この電極の一方に燃料ガスを供給・排出し、他方に酸素含有ガスを供給・排出するガス流路を有する一対のセパレータ板を具備することでセルが構成される。燃料ガスが供給された電極がアノード、酸素含有ガスが供給された電極がカソードである。このセルを数十から数百個積層して一つの燃料電池スタックを構成する。
【００１５】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における燃料電池活性化装置の概略図である。活性化処理は燃料電池セル１０１に対し、酸素を含む酸化剤をカソードに、水素を含む燃料ガスをアノードにガス供給ライン１０２ａ、１０２ｂを通じて供給し、電子負荷装置１０４により燃料電池１０１の発電を開始する。活性化処理中の燃料電池セル１０１の電圧を電圧測定部１０５において測定し、電圧測定値についてデータ処理部１０６で処理、解析を行い、活性化処理の終点が検出された時点で、データ処理部１０６から燃料電池制御部（図示せず）へ活性化処理終点検出の信号を送信し活性化処理を終了する。
【００１７】
図２はデータ処理部１０６でのデータ処理フローである。活性化処理開始後、セル電圧を計測し（ステップ＃１）、セル電圧振動除去及び、セル電圧変化量を計算する（ステップ＃２）。そして、算出されたセル電圧変化量が基準値より小さい場合は、燃料電池セルが活性化されたとして、活性化処理を終了する（ステップ＃３）。
【００１８】
セル電圧振動除去及び、セル電圧変化量の算出（ステップ＃２）について、各方式のフローを示したのが、図３から図７である。図３は現時刻から一定時間の前までのセル電圧測定値の移動平均をその時刻でのセル電圧とした場合のフロー図、図４は現時刻から一定時間の前までのセル電圧測定値の回帰直線を算出し、回帰直線の傾きを、セル電圧変化量とした場合のフロー図、図５は現時刻から一定時間の前までのセル電圧測定値の移動平均に対し回帰直線を算出し、回帰直線の傾きをセル電圧変化量とした場合のフロー図、図６は現時刻から一定時間の前までのセル電圧の最大値と最小値の差を算出し電圧測定値の変化量とした場合のフロー図、そして図７は現時刻から一定時間の前までの移動平均値に対し最大値と最小値の差を算出し電圧測定値の変化量とした場合のフロー図である。どのフローを用いるかは、過去のセル電圧測定値を各フローに当てはめることで決定する。
【００１９】
図８は燃料電池活性化処理時のセル電圧測定値である。この電圧値を例えば図５のフロー（ステップ＃２−６〜＃２−１０）を選択した場合のセル電圧変化量は図９に示すようになり、セル電圧変化量が０．１ｍＶ／Ｈｏｕｒより小さくなった６．２時間で活性化処理を終了している。
【００２０】
以上のように本実施の形態によれば、セル電圧測定値の振動に影響を受けることなく、活性化処理の終点を検出することができる。
【００２１】
また、本実施例では単一の燃料電池セルについて述べたが、これが複数のセルの積層によるスタックの場合にも各セル電圧を測定すれば、同様に活性化処理を実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の燃料電池の活性化方法は、振動的な測定値の収束判定にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池の活性化装置の概略図
【図２】本発明の実施の形態におけるデータ処理部の活性化処理終点検出を示すフロー図
【図３】本発明の実施の形態におけるデータ処理部のステップ＃２についてセル電圧測定値の移動平均をその時刻でのセル電圧とした場合のフロー図
【図４】本発明の実施の形態におけるデータ処理部のステップ＃２についてセル電圧測定値の回帰直線を算出し、回帰直線の傾きを、セル電圧変化量とした場合のフロー図
【図５】本発明の実施の形態におけるデータ処理部のステップ＃２についてセル電圧測定値の移動平均値に対し回帰直線を算出し、回帰直線の傾きをセル電圧変化量とした場合のフロー図
【図６】本発明の実施の形態におけるデータ処理部のステップ＃２についてセル電圧測定値の最大値と最小値の差を算出しセル電圧変化量とした場合のフロー図
【図７】本発明の実施の形態におけるデータ処理部のステップ＃２についてセル電圧測定値の移動平均に対し最大値と最小値の差を算出しセル電圧変化量とした場合のフロー図
【図８】本発明の実施の形態におけるセル電圧測定値の時系列プロット図
【図９】本発明の実施の形態におけるセル電圧変化量の時系列プロット図
【符号の説明】
【００２４】
１０１    燃料電池セル
１０２ａ  アノードガス供給ライン
１０２ｂ  カソードガス供給ライン
１０３    電子負荷装置
１０４    電圧測定部
１０５ａ  アノードガス供給ライン
１０５    データ処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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